مجله مهندسی عمران شریف
سال سی و پنجم شماره 2 (تابستان 1398)

سازه های مدفون به علت طویل و پیوسته بودن، شرایط خاص تحلیلی دارند. خطوط لوله در شرایط طبیعی از خاک با لایه ها و ویژگی های متفاوت عبور می کند. هدف از انجام آنالیز، بررسی تاثیر انتشار موج طولی p بر روی مقادیر کرنش های خط لوله فولادی است. برای انجام آنالیزهای عددی از نرم افزارهای آباکوس و متلب استفاده شد. یکی از روش های متداول مدل سازی خطوط لوله، استفاده از سیستم اندر کنشی فنر لوله است. اما مشکل روش مذکور، عدم توانایی مدل سازی انتشار امواج در خاک های لایه یی ناموازی است. در نوشتار حاضر با مدل سازی اندرکنش خاک و سازه، ایجاد شرایط مرزی مناسب و بررسی نحوه ی انتشار امواج و موج های برگشتی فراهم شده است. اختلاف روش مورد استفاده در مدل سازی با روش استاندارد فنر لوله برابر با 3٫4٪ است. همچنین موج برگشتی در مدل مذکور برابر با 5٪ بوده است. همچنین مشخص شد با مدل سازی خاک های لایه یی، مقادیر کرنش تا 20٪ افزایش می یابد.

در نوشتار حاضر، توسعه ی روش نوین دیفرانسیل کوادراچر در حوزه ی شبیه سازی عددی مخازن نفتی و جریان سیال در محیط متخلخل ارائه
شده است. جریان سیال در مخازن نفتی از یک معادله ی دیفرانسیل جزئی پیروی می کند که برای حل آن از روش دیفرانسیل کوادراچر (DQM) استفاده می شود. در این راستا، روش دیفرانسیل کوادراچر که بر روی یک شبکه پیاده سازی شده است، کاملا تشریح شده است. جهت حل عددی معادلات، از روش دیفرانسیل کوادراچر و تفاضل مرکزی به ترتیب جهت گسسته سازی مشتقات مکانی و زمانی استفاده شده است. برای ارزیابی و حل عددی، چند مسئله ی نمونه ی یک بعدی و دو بعدی حل و نتایج با حل تحلیلی و داده های روش تفاضل محدود مقایسه شده است. نتایج حاصل، حاکی از تطابق خوب نتایج به دست آمده با نتایج حل تحلیلی است. همچنین حل حاصل از روش تفاضل محدود، نشانگر سرعت بیشتر در رسیدن به دقت موردنظر و هزینه ی محاسباتی کمتر است.

در نوشتار حاضر، به بررسی الگوی جریان در قوس تند با بستر صلب و توام با سری پایه ی پل سه تایی عمود بر جهت جریان پرداخته شد.
شرایط جریان از قبیل عمق و دبی به نحوی انتخاب شد که در صورت انجام آزمایش با بستر متحرک، شرایط نزدیک به آستانه ی حرکت برقرار شود. پژوهش حاضر به بررسی و تجزیه و تحلیل نحوه ی شکل گیری گردابه ها، میزان طول و عرض ناحیه ی جداشدگی، ابعاد گردابه های ایجاد شده در بالادست و پایین دست پایه ها و نحوه ی تغییر موقعیت سرعت بیشینه در ترازهای مختلف نسبت به بستر در پلان پرداخته و نتایج حاصل از آن را ارائه کرده است. از مهم ترین نتایج پژوهش حاضر این است که ناحیه ی اثرگذاری پایه ها در جدایی خطوط جریان از یکدیگر در جهت طولی 1٫4 قطر پایه به سمت بالادست و 3٫5 برابر قطر پایه به سمت پایین دست و در جهت عمود بر جریان تقریبا 1٫4 برابر قطر پایه به سمت ساحل داخلی اولین پایه و 1 برابر قطر پایه به سمت ساحل خارجی پایه ی سوم است.

در پژوهش حاضر، قابلیت کاربرد روش زمان دوام در طراحی بهینه ی سازه ها براساس عملکرد به کمک تئوری تغییرشکل یکنواخت ارزیابی شده است. ابتدا سازه های برشی تحت مجموعه ی رکوردهای معرف یک سطح خطر لرزه یی، با استفاده از تحلیل تاریخچه ی زمانی و براساس تئوری تغییرشکل های یکنواخت، بهینه شده است. نتایج نشان می دهد که بهینه بودن سازه در یک سطح خطر لرزه یی، الزاما منجر به رفتار مناسب سازه در سایر سطوح نمی شود. سپس با اعمال یک پروسه ی سعی و خطا، عملکرد سازه در سطوح مختلف تا حدی بهبود بخشیده شد. با توجه به زمان بر بودن فرایند ذکر شده، از روش زمان دوام برای یافتن سازه ی بهینه در سطوح مختلف لرزه یی استفاده شد. نتایج به دست آمده از روش زمان دوام، تطابق مناسبی با نتایج حاصل از مجموعه ی رکوردها نشان می دهد. در انتها، یک روش موثر ارائه شده است که به کمک آن عملکرد سازه در تمامی سطوح خطر به طور هم زمان بهبود می یابد.

در روش تقویت خاکریزهای خطوط ریلی به کمک ژئوسل، تعیین تعداد لایه های ژئوسل و تراز قرارگیری آن ها نقشی کلیدی ایفاء می کند. از آنجا که در ادبیات فنی، تاثیر تعداد لایه و مشخصات ژئوسل در کنترل پایداری و نشست خاکریزهای راه آهن مشخصا بررسی نشده است، در نوشتار حاضر با ساخت و بارگذاری 6 خاکریز 10 متری در مقیاس 20:1 آزمایشگاهی، تاثیر تعداد لایه های ژئوسل با ابعاد چشمه ی $5times{5}$ سانتی متر و ارتفاع 5 سانتی متر در پایداری آن ها بررسی شده است. پس از اعمال بارگذاری یکنواخت افزایشی بر تاج خاکریز تا لحظه ی گسیختگی، نتایج حاکی از افزایش ظرفیت باربری خاکریز و کاهش نشست متناسب با افزایش تعداد لایه ی ژئوسل است؛ به طوری که روند مذکور تا 4 لایه ی ژئوسل به صورت افزایشی و پس از جای گذاری لایه ی پنجم روندی کاهشی داشته است. میزان افزایش باربری با جای گذاری 4 لایه ی ژئوسل نسبت به خاکریز بدون ژئوسل 38٫6٪ و میزان کاهش نشست تاج در باربری یکسان 37٪ بوده است.

امروزه بهسازی خاک های مسئله دار به عنوان یکی از چالش های مهندسان ژئوتکنیک مورد توجه زیادی قرار گرفته است. از آنجا که خاک های مسئله دار، منشا ثانویه دارند و حاصل هوازدگی شیمیایی هستند؛ معمولا پراکندگی زیادی در سطح زمین دارند. از جمله خاک های مسئله دار، رس ها هستند که با توجه به خصوصیات ضعیف مقاومتی، مشکلات نشست و پتانسیل واگرایی خود، مشکلات زیادی را در بستر سازه ها ایجاد می کنند. یکی از روش های کنترل مسائل ناشی از خاک های مسئله دار، تثبیت شیمیایی آن هاست. در مطالعه ی حاضر، با افزودن نانوسیلیس به نوعی از خاک رسی پهنه ی شهر کرج، رفتار مقاومتی خاک های مسئله دار بررسی شده است. به این منظور پس از انجام آزمایش های شاخص روی خاک پایه، نانوسیلیس در درصدهای 0٫5، 1، 2، 3، 4 و 5 به خاک مورد مطالعه افزوده و آزمایش های برش مستقیم، مقاومت فشاری تک محوری و تحکیم روی آن ها انجام شده است. همچنین به منظور بررسی و مقایسه ی ویژگی های بافتی، خاک قبل و بعد از تثبیت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تصویربرداری شده است. نتایج نشان داد که افزودن نانوسیلیس تا 2٪، موجب افزایش پارامترهای مقاومتی (شامل چسبندگی و زاویه ی اصطکاک داخلی) و کاهش ضرایب تراکم پذیری و تورم خاک مورد مطالعه شده است.

تیر پیوند در قاب های مهاربندی واگرا، مهم ترین عامل تعیین کننده ی رفتار لرزه یی سیستم مذکور است. استفاده از سخت کننده های میانی
با به تاخیر انداختن کمانش جان می تواند شکل پذیری را در سیستم قاب های مهاربندی واگرا افزایش دهد و قابلیت جذب انرژی را بهبود بخشد. ضوابط موجود برای طراحی سخت کننده ها در آیین نامه، براساس تیرهای پیوند کوتاه تحت برش بوده و بدون درنظر گرفتن اثر خمش در تیرهای متوسط نیز اعمال شده است. در نوشتار حاضر، تاثیر جزئیات سخت کننده ها و هندسه ی مقطع تیر پیوند در قالب آنالیز حساسیت در انواع تیر پیوند بررسی شده است. برای این منظور، رفتار 25 نمونه تیر پیوند با مقاطع و طول های مختلف تحت بارگذاری چرخه یی براساس ضوابط لرزه یی AISC، در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس شبیه سازی و پیشنهادهایی به منظور بهبود عملکرد و قابلیت جذب انرژی تیر پیوند ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که در تیرهای متوسط با تغییر آرایش سخت کننده ها، عملکرد آن ها بهبود می یابد. همچنین تاثیر هندسه ی مقطع و نقش بال ها در عملکرد و ضوابط مربوط به طراحی سخت کننده های انواع تیر پیوند نشان داده شده است.

اتصال های پای ستون، یکی از مهم ترین بخش های هر سازه است. درک بیشتر رفتار و عملکرد اتصال پای ستون می تواند در طراحی دقیق تر به خصوص در طراحی لرزه یی هر سازه مفید واقع شود. در اتصال های پای ستون می توان از سختی دورانی به عنوان تنها پارامتر تاثیرگذار میان عدم قطعیت های موجود در اتصال پای ستون و سازه که تغییر در آن ها باعث تغییر سختی دورانی و در نتیجه سبب تغییر ویژگی های دینامیکی و لرزه یی سازه می شود، نام برد. در مطالعه ی حاضر با توجه به حساسیت ذکر شده، تاثیر سختی دورانی و مقاومت اتصال پای ستون در رفتار و عملکرد لرزه یی ساختمان های فولادی به روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی مودال (MPA) و تاریخچه ی زمانی (NLDA) ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که سختی دورانی اتصال پای ستون در ویژگی های دینامیکی سازه، منحنی ظرفیت سازه، جابه جایی نسبی طبقات و شکل پذیری تاثیر می گذارد. همچنین اتصال پای ستون با رفتار شبه صلب مطلوبیت بیشتری در طراحی سازه ها دارد.

پژوهش حاضر بر مبنای بررسی آزمایشگاهی مکانیزم شکست سد خاکی و عوامل موثر در آن پایه گذاری شده است. با توجه به اینکه شیب وجه پایین دست سد خاکی، تاثیر زیادی در زمان و نحوه ی خرابی دارد، بدین منظور 2 مدل از سد خاکی با شیب یکسان بالادست و پایین دست (1:1 و 1:2) برای 3 نوع خاک (1 مدل از خاک S و 2 نوع خاک Sc) ساخته شد. خاک مورد استفاده در ساخت مدل ها، از نوع چسبنده و غیرچسبنده با قطر متوسط 1٫05، 0٫51 و 0٫07 میلی متر و زاویه ی اصطکاک داخلی به ترتیب 14، 18، و 23 درجه هستند. زمان تخریب سد و نحوه ی آن برای دبی های سیلابی موردنظر بررسی شد و نتایج نشان داد که به طور کلی با افزایش قطر متوسط ذرات و زاویه ی اصطکاک داخلی نمونه ها، زمان شکست کاهش و دبی بیشینه ی عبوری از شکاف فرسایشی افزایش می یابد. همچنین میزان سطح آب شستگی در شکاف فرسایشی در مدل ها برداشت شد که نتایج نشان داد.

در نوشتار حاضر، روش های تظریف h و غنی سازی با استفاده از توابع درون یاب پوشش برای اصلاح شبکه بندی و بهبود دقت جواب های مسائل کشسانی ارائه و به کمک برآوردکننده ی خطا، ابتدا نواحی با خطای بیش از حد مجاز شناسایی شده اند. و سپس اصلاح شبکه بندی برای المان های موجود در نواحی مذکور، به وسیله ی روش تظریف h اعمال شده و بدین وسیله خطای حاکم بر کل حوزه ی مسئله کاهش یافته و در محدوده ی مجاز تعیین شده قرار گرفته است. در گام بعدی، به منظور بالا بردن دقت پاسخ ها در یک سطح عالی، نتایج به دست آمده از شبکه بندی تظریف شده بار دیگر بررسی و این بار گره های با خطای بالاتر از مقدار خطای مجاز تعیین شدند. در این مرحله، روش ارائه شده با استفاده از توابع درون یاب پوشش، نتایج موجود را اصلاح و پاسخ هایی با دقت مطلوب به دست داد. مقایسه ی جواب های حاصل از روش های پیشنهادی با روش های دیگر پژوهشگران و نیز جواب دقیق برای مثال هایی در حوزه ی کشسانی خطی، حکایت از کارایی و دقت قابل قبول روش های پیشنهادی دارد.

در پژوهش حاضر، پایداری حفره های کم عمق زیرزمینی و پوشش خاک ماسه ی مسلح آن به صورت آزمایشگاهی مطالعه شد. تاثیر عواملی، مانند: عمق استقرار، تعداد لایه ها، و طول مسلح کننده در نشست سطحی، معیاری از عملکرد با کاهش پیوسته ی فشار هوای حفره ارزیابی
شد. واکنش حفره به شرایط محیطی با تغییر فشار هوای وارد بر پوسته ی نازک آن شبیه سازی شد. فشار هوا و نشست سطحی، یک لحظه قبل از ناپایداری حفره و نیز نشست نهایی پس از فروریزی کامل حفره به عنوان شاخصی از عملکرد مسلح سازی انتخاب شدند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که با افزایش تعداد لایه های مسلح کننده، پوشش خاکی روی حفره، عملکرد بهتری در تحمل نشست بیشتر دارد؛ اما این بهبود وضعیت به تعداد لایه ی معینی محدود است. همچنین با افزایش طول مسلح کننده، عملکرد پوشش خاکی بهتر می شود؛ اما این تاثیر فقط تا طول معینی، متناسب با قطر حفره قابل توجه است.

در نوشتار حاضر، به منظور بررسی اثر اندازه ی دانه های خرده لاستیک، نسبت خرده لاستیک، اثر سربار و ضخامت لایه ی خاک فوقانی در رفتار
مخلوط خاک و خرده لاستیک، تعدادی آزمایش نفوذ سنبه بر روی خاک بدون افزودنی و مخلوط خاک خرده لاستیک با 4 اندازه ی مختلف از خرده لاستیک به ابعاد 1٫26، 2، 2٫83 و 4٫76 میلی متر در درصدهای وزنی 2٫5، 5، 7٫5 و 10 و سربارهای صفر، 2 و 4 کیلوگرم انجام شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن حدود 7٫5٪ وزنی خرده لاستیک با اندازه ی بزرگ (4٫76میلی متر) به خاک موجب افزایش 75٪ در باربری نسبت به خاک بدون افزودنی می شود. همچنین با افزایش سربار، باربری مخلوط افزایش می یابد اما نرخ افزایش باربری با افزایش آن کاهش می یابد. همچنین قرارگیری لایه ی خاک با ضخامت 1٫5 سانتی متر (حدود 0٫3 بعد سطح بارگذاری) روی مخلوط خاک با خرده لاستیک با اندازه ی بزرگ می تواند موجب بهبود مقاومت، به خصوص برای مقادیر نفوذ کمتر از 5 میلی متر شود. با افزایش ابعاد دانه های خرده لاستیک در نسبت اختلاط یکسان با خاک و در محدوده ی موردبررسی در آزمایش های انجام شده، مقاومت نمونه افزایش یافت.

به دلیل رشد جلبک در برکه ی تکمیلی، تصفیه خانه های فاضلاب با روش برکه، تثبیت راندمان پایینی در حذف TSS دارند. یکی از روش های حذف جلبک، استفاده از عدسک آبی است. مکانیسم عدسک، ایجاد پوشش روی سطح آب و ممانعت از نفوذ نور برای رشد جلبک هاست. جهت بررسی کارایی عدسک در بهبود کیفیت پساب خروجی از برکه ی تثبیت فاضلاب، پایلوتی شامل دو حوضچه، یکی حاوی عدسک و دیگری به عنوان شاهد در تصفیه خانه ی بوشهر ساخته شد. ورودی به دو حوضچه ی مذکور از خروجی برکه ی تکمیلی تصفیه خانه تهیه شد. سیستم به صورت پیوسته بهره برداری و پارامترهای مختلفی اندازه گیری شد. بازدهی حوضچه ی عدسک در حذف TSS: 64 تا 90 درصد، COD: 46 تا 56 درصد، نیترات: 41 تا 51 درصد، فسفات: 58 تا 71 درصد، کلیفرم های کل: 97٫2 تا 98٫7 درصد و کلیفرم های مدفوعی: 95٫9 تا 99٫2 درصد بود. نتایج حاکی از تاثیر بالای گیاه عدسک آبی در حذف TSS و بهبود کیفی پساب بود.

اتصال های پای ستون، یکی از مهم ترین بخش های هر سازه است. درک بیشتر رفتار و عملکرد اتصال پای ستون می تواند در طراحی دقیق تر به خصوص در طراحی لرزه یی هر سازه مفید واقع شود. در اتصال های پای ستون می توان از سختی دورانی به عنوان تنها پارامتر تاثیرگذار میان عدم قطعیت های موجود در اتصال پای ستون و سازه که تغییر در آن ها باعث تغییر سختی دورانی و در نتیجه سبب تغییر ویژگی های دینامیکی و لرزه یی سازه می شود، نام برد. در مطالعه ی حاضر با توجه به حساسیت ذکر شده، تاثیر سختی دورانی و مقاومت اتصال پای ستون در رفتار و عملکرد لرزه یی ساختمان های فولادی به روش های تحلیل استاتیکی غیرخطی مودال (MPA) و تاریخچه ی زمانی (NLDA) ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که سختی دورانی اتصال پای ستون در ویژگی های دینامیکی سازه، منحنی ظرفیت سازه، جابه جایی نسبی طبقات و شکل پذیری تاثیر می گذارد. همچنین اتصال پای ستون با رفتار شبه صلب مطلوبیت بیشتری در طراحی سازه ها دارد.